圓形混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐方案探討

高 峰

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司華南工程公司，廣西南寧530022)

1 新型圓模板支撐方案簡(jiǎn)介

在常規(guī)的圓形混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，模板支撐主要是采用鋼管、方木做圓形或折線型加固，這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的、花費(fèi)時(shí)間又多的施工環(huán)節(jié)，并且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)扣件松動(dòng)或破壞，造成混凝土施工時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)爆模的情況，嚴(yán)重影響圓形混凝土構(gòu)筑物的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，無(wú)法滿足目前工程工期緊、質(zhì)量要求高的需要。

在實(shí)踐工程中經(jīng)過(guò)摸索，改為使用鋼筋做成圓形的鋼筋箍，直接使用圓形鋼筋箍和鋼管及對(duì)拉螺桿加固模板。該方法不僅施工速度快、循環(huán)周期短，而且材料浪費(fèi)少。

柳江縣拉堡污水處理廠近期處理能力為25×103m3/d，遠(yuǎn)期處理能力為50×103m3/d，主要圓形混凝土構(gòu)筑物有兩個(gè)二沉池(直徑32m)和兩個(gè)氧化溝的半圓弧段(直徑6m)。二沉池池壁高度為4.6 m，氧化溝池壁高度為6 m。在這幾個(gè)水處理結(jié)構(gòu)使用新的模板支撐結(jié)構(gòu)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 圓形混凝土構(gòu)筑物模板支撐設(shè)計(jì)

根據(jù)柳州當(dāng)?shù)夭牧系膶?shí)際情況及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，采用木板加對(duì)拉螺桿制作模板。對(duì)拉螺桿使用10，螺桿間距為50 cm(寬)×60 cm(高)，鋼管48間距為20 cm，環(huán)形鋼筋箍使用20，間距為60 cm。構(gòu)筑物內(nèi)部加鋼管斜頂，豎向間距為1.5 m，水平間距2 m，效果圖如圖1、圖2。

圖1 內(nèi)支撐效果

2.1 對(duì)拉螺桿的強(qiáng)度驗(yàn)算

計(jì)算假設(shè)條件:混凝土為液體，ρ=2.5×103kg/m3，混凝土直到澆筑完成后才凝固，對(duì)拉螺桿為10圓鋼，并設(shè)置止水環(huán)。

圖2 外支撐效果

分析:根據(jù)以上假設(shè)條件，肯定是接近池底的螺桿受力最大，若要出現(xiàn)斷裂，肯定是這一圈的對(duì)拉螺桿先出現(xiàn)問(wèn)題，然后才會(huì)涉及更上一層的螺桿，越接近池頂面對(duì)拉螺桿的受力越小，也就越安全。

計(jì)算對(duì)拉螺桿可以承受的拉力:

最下層螺桿受混凝土的壓力:

式中:ρ為液體的密度;h為液體高度。

我國(guó)目前市場(chǎng)上最常用的的振動(dòng)棒正常的最大頻率應(yīng)在9 000～12 000次/分鐘之間，作用直徑約計(jì)1 m。

振動(dòng)棒激振力的計(jì)算:

式中:W為振動(dòng)器的輸入功率;e為振動(dòng)器偏心距離，本次計(jì)算e=0.0015 m;ω=2πn/60(n為振動(dòng)頻率);

由于對(duì)拉螺桿在設(shè)計(jì)尺寸是50 cm×60 cm，那么每1 m2受力為F3，單根對(duì)拉螺桿的受力F3/2=64 kN。

因此對(duì)拉螺桿在理論上設(shè)計(jì)是安全的，實(shí)際上通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)，也是安全的。

2.2 環(huán)形鋼筋箍的強(qiáng)度驗(yàn)算

環(huán)形鋼筋箍因?yàn)椴皇且桓w的鋼筋箍，因此對(duì)環(huán)形鋼筋箍的檢算主要是檢算鋼筋箍的焊接點(diǎn)和焊接長(zhǎng)度能否滿足要求。鋼筋箍設(shè)計(jì)為雙面15 d搭焊。假設(shè)條件與上述2.1條相同。當(dāng)混凝土澆筑完成后靠近底板的箍筋受力肯定是最大的，因此只要這道箍筋的焊接強(qiáng)度能滿足要求，其他的箍筋肯定可以達(dá)到要求。

單位弧度壓力如圖3。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4。計(jì)算鋼筋箍的內(nèi)應(yīng)力:

圖3 受力分析簡(jiǎn)圖

圖4 計(jì)算簡(jiǎn)圖

焊接縫的拉應(yīng)力:鋼筋使用20HRB335鋼筋，焊條使用E4303，焊縫厚度為8 mm，雙面焊，其熔敷金屬抗拉強(qiáng)度為鋼筋抗拉強(qiáng)度的0.85，鋼筋的抗拉強(qiáng)度為490 kN(查材料力學(xué)附表)。

焊縫的面積為2×300×8=4800 mm2F2=1999.2 kN＞F1=1692.8 kN，因此鋼筋箍也是穩(wěn)定的。

2.3 整體剛度的驗(yàn)算

分析:混凝土內(nèi)支撐如圖1，其3根內(nèi)斜撐中距池底最近的那根受力最大，越接近池頂受力越小，因此只要這根支撐不變形，其余支撐肯定不會(huì)變形，整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)也就是安全的。

壓桿受力及變形臨界壓力計(jì)算:通過(guò)上述2.2條計(jì)算可以知道，單位長(zhǎng)度環(huán)形鋼筋箍受力為105.8 kN/m，環(huán)型鋼管支撐間距2 m，因此單根鋼管受力為f1=105.8 kN。

鋼管受壓力變形保持平衡狀態(tài)臨界最小軸向壓力:

式中:E為鋼材彈性模量;I為鋼管慣性距，I=πd4/64;l為鋼管的長(zhǎng)度;PCR＞f1，說(shuō)明該鋼管是穩(wěn)定的，因此整個(gè)支撐結(jié)構(gòu)也是穩(wěn)定的。

2.4 新老支撐方案經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

根據(jù)在施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，支撐材料費(fèi)用、支撐材料人工加工費(fèi)、后期費(fèi)等幾方面區(qū)別比較大，而支撐結(jié)構(gòu)安裝使用人工費(fèi)相差不多，所以人工費(fèi)也就不再比較了。比較結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩種方案比較

通過(guò)表1的比較不難發(fā)現(xiàn)，新方案需要的費(fèi)用僅是舊方案的12%，直接節(jié)省工程成本，減少浪費(fèi)，是一種比較經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、環(huán)保的方案。

3 應(yīng)用實(shí)例

水處理結(jié)構(gòu)施工對(duì)結(jié)構(gòu)物表面及結(jié)構(gòu)物的防滲漏能力的要求很高，因此模板及模板支撐的設(shè)計(jì)和施工就非常重要，既要保證模板支撐的力學(xué)要求，又要確保模板的形狀、尺寸、位置、連接等要求，因此怎樣設(shè)計(jì)模板支撐結(jié)構(gòu)顯得十分重要。因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度直接決定整個(gè)工程的工期和造價(jià)，筆者的拉堡污水處理廠二沉池模板支撐方案設(shè)計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工的應(yīng)用和檢驗(yàn)得出，該模板支撐方案設(shè)計(jì)是合理可行的。圖4是柳江縣拉堡污水處理廠二沉池在使用該支撐方案后的實(shí)物照片，通過(guò)這張照片可以很清楚地看到，混凝土構(gòu)筑物基本沒(méi)有蜂窩麻面等質(zhì)量通病。當(dāng)然產(chǎn)生混凝土的蜂窩麻面質(zhì)量通病的原因不是唯一的，但模板是最主要的因素之一。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在拉堡污水處理廠施工過(guò)程中，有6 m和4.6 m兩種混凝土壁板，經(jīng)過(guò)實(shí)踐得出了一些數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表2。

圖4 柳江縣拉堡污水處理廠二沉池澆筑完成后實(shí)物圖

表2 實(shí)際施工數(shù)據(jù)

[1]孫衛(wèi)丁，李建軍.混凝土梁板改造加固技術(shù)的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2004(8)

[2]王金妙，曹大斌.模板支撐體系倒塌事故的原因和預(yù)防[J].建筑安全，2005(8)

[3]林璋璋，楊俊杰.多層模板支撐體系的實(shí)測(cè)分析[J].施工技術(shù)，2005(3)

[4]葉權(quán)良，劉書遼.多層模板支撐體系受力機(jī)理及其管理要點(diǎn)[J].建筑安全，2006(3)